1、什么是沉积粉尘 传感器
PM2.5传感器也就是粉尘传感器，或者灰尘传感器、颗粒物传感器，可以检测周围空气中粉尘颗粒浓度的大小。在空气动力学中，直径小于10微米的粉尘是能够通过器官直接进入人体肺泡区，然后10微米以上的粉尘颗粒通过撞击沉积，大部分沉积在鼻咽部，而小于10微米的粉尘会进入呼吸道，5微米以下大小直径的粉尘会直径沉积在肺泡，这样便会造成人体的呼吸道感染，甚至肺部疾病。
2、沉积粉尘传感器结构与组成
2.1总体结构设计
沉积煤尘传感器主要由外壳、防尘罩、称量盘、 称重传感器 和 电路板 组成。为了保证仪器的安全和增加仪器的稳定性，外壳所用钢 板厚 度不低于5mm，并在称量盘之上设计了防尘防风罩，以减少井下风流对仪器的影响，确保 测量 准确。
2.2凹凸咬合式防尘结构的设计
称重传感器的支撑柱支撑着称量盘，要求不得与其他任何物体接触，否则将严重影响称量的准确性。但另一方面为保证仪器的正常应用，又必须对仪器进行密封，为了解决这一矛盾，特设计了凹凸咬合式防尘结构，见图1。
图1凹凸咬合式防尘结构图
从防尘罩与称量盘之间的间隙通过的含尘气流，如果不采取措施，将通过称重传感器支撑柱与外壳之间的间隙，而流向仪器内部，从而影响仪器的使用寿命和测量精度。因此，设计凹凸咬合式结构，以防止粉尘从此缝隙进入仪器内部。
3、沉积粉尘传感器的 电路 系统设计
3.1硬件电路总体方案设计
电路系统是整个仪器的核心部分，称重传感器输出信号的处理， 监控 系统信号的输送、数据显示、运行模式的切换、 红外 遥控信号的处理、仪器的调零和标定等功能，都是通过电路系统完成的。
图2为硬件电路系统结构框图，硬件电路主要包括 单片机 系统、称重传感器信号高精度A/D转换、显示驱动、红外遥控接收电路、数据传输、ISP（在
系统编程） 接口 电路和电源电路等。
图2硬件电路系统结构框图
3.2称重传感器信号高精度A/D转换电路
由于称重传感器额定输出为1.5mV/V，输入电压5V，量程为600g，即在满量程600g时，传感器会输出7.5mV的电压信号。而沉积煤尘传感器显示精度为0.01g，因此A/D转换电路需要能分辨01000125mV的微弱信号才能到达要求。
CS5532是美国CirrusLogic公司推出的一种具有极低噪音的、多通道$）2型模拟/数字转换器，由于其采用电荷平衡技术和极低噪声的可编程增益斩波稳定测量 放大器 ，可得到高达24位分辨率的输出结果，其精度高，动态特性宽。CS5532的差动输入端可以直接测量来自传感器的毫伏信号，简化了与外围电路的连接。可编程增益放大器可使放大倍数从1~32进行设定（以2倍步长增加），大大提高了系统的动态特性。多级程控数字 滤波器 使得数据输出速率可选择7.5Hz~3.84kHz，方便了与外设的连接。此外，CS5532内部有一个完整的自校正系统，可进行自校准和系统校准，可消除A/D本身的零点增益和漂移误差，以及系统通道的失调和增益误差。宽动态特性、可编程输出速率、灵活的供电方式及简便的三线串行输出模式，使得该A/D转换器极易和单片机接口，非常适用于称重仪器高分辨率测量的情况。
在称重传感器信号处理及A/D转换过程中，由于其信号非常微弱，很容易受到各种干扰，如E MI 干扰、地线干扰、电源干扰、电磁波干扰等，最终会严重影响仪器的测量准确度和稳定性，因此抗干扰措施显得非常重要。在该设计中采用了各种方法来尽量降低各类干扰：EMI三端滤波 电容 滤除EMI干扰; PCB 布线设置在大面积覆铜的干净模拟地平面上等方法消除地线干扰;采用高精度线性 稳压电源 芯片对芯片独立供电;采用无感 电阻 分压后的电压作为A/D的参考电源，以此最大程度地消除电源干扰;采用对A/D转换部分加屏蔽罩的方法来消除外界的电磁干扰。A/D转换部分电路原理框图见图3。
4现场试验及效果
图4沉积粉尘传感器24h连续监测曲线图
由于采煤队检修班每天都会对巷道进行冲洗，时间大约在10：00）12：00，此时粉尘和水雾较大，在每天上午12：00后进入检修班，此时不割煤，粉尘较少，一般到晚上又进入割煤工作状态。由于以上情况，从图4的监测曲线可以看出，仪器的监测数据非常符合现场实际工作情况，在每天上午12：00左右冲洗巷道时，数据会有一次较大的增加，然后进入检修班，粉尘沉积量较小，在晚上至次日10：00左右是工作班，此时的粉尘浓度大，粉尘沉积多，仪器测得的数据连续增加。
为了验证沉积粉尘传感器检测数据的准确性，将在井下收集仪器托盘上的粉尘拿到地面用天平称量，并与传感器显示值进行对比， 测试 结果见表1。
表1沉积粉尘传感器与天平称量测试结果对比
序号沉积时间/d天平称量值/g传感器显示值/g误差/%
111.521.46-3.9
217.297.60+4.3
326.015.73-4.6
4211.7311.21-4.4
5313.3312.95-2.9
5结论
沉积粉尘传感器经过各项实验证明，该传感器可与KJ90、KJ2000等安全监控系统联网使用，适合煤矿井下沉积粉尘的连续监测，测量范围0~100g，测量误差小于5%。
沉积粉尘传感器的成功研制填补了我国同类仪器的空白，为煤矿沉积粉尘连续监测提供基本测试手段，为防止和预防粉尘爆炸提供了重要技术手段。
